Switching catu daya digunakan untuk mengubah tegangan input ke nilai yang dibutuhkan oleh elemen internal perangkat. Nama lain yang banyak digunakan untuk mengganti catu daya adalah inverter.
Isi
Apa itu catu daya switching?
Inverter adalah catu daya sekunder yang menggunakan konversi ganda dari tegangan input AC. Nilai output disesuaikan dengan mengubah durasi (lebar) pulsa dan, dalam beberapa kasus, frekuensi pengulangannya. Jenis modulasi ini disebut modulasi lebar pulsa.
Prinsip pengoperasian catu daya switching
Prinsip dasar inverter adalah memperbaiki tegangan primer dan kemudian mengubahnya menjadi rangkaian pulsa frekuensi tinggi. Hal inilah yang membedakannya dengan trafo konvensional. Tegangan keluaran unit berfungsi untuk membentuk sinyal umpan balik negatif, yang memungkinkan untuk mengatur parameter pulsa. Dengan mengontrol lebar pulsa, mudah untuk mengatur stabilisasi dan pengaturan parameter output, tegangan atau arus. Artinya, bisa menjadi pengatur tegangan sekaligus pengatur arus.
Jumlah dan polaritas nilai output bisa sangat berbeda, tergantung pada cara kerja catu daya switching.
Varietas catu daya
Beberapa jenis inverter telah digunakan, yang berbeda dalam desain sirkuit:
- tanpa transformator;
- transformator.
Yang pertama dibedakan oleh fakta bahwa urutan pulsa langsung ke penyearah keluaran dan filter pemulusan perangkat. Sirkuit semacam itu memiliki komponen minimum. Inverter sederhana mencakup sirkuit terintegrasi khusus - osilator lebar pulsa.
Kerugian utama perangkat tanpa transformator adalah tidak memiliki isolasi galvanik dari jaringan catu daya dan dapat menimbulkan risiko sengatan listrik. Mereka juga biasanya memiliki daya rendah dan hanya memberikan 1 nilai tegangan keluaran.
Lebih umum adalah perangkat transformator, di mana urutan pulsa frekuensi tinggi menuju ke belitan utama transformator. Mungkin ada gulungan sekunder sebanyak yang Anda inginkan, memungkinkan beberapa tegangan keluaran terbentuk. Setiap gulungan sekunder dimuat dengan penyearah dan filter pemulusannya sendiri.
Catu daya mode switching yang kuat dari komputer mana pun dibangun sesuai dengan sirkuit seperti itu, yang memiliki keandalan dan keamanan tinggi. Untuk sinyal umpan balik di sini digunakan tegangan 5 atau 12 volt, karena nilai ini memerlukan stabilisasi yang paling akurat.
Penggunaan transformator untuk konversi tegangan frekuensi tinggi (puluhan kilohertz bukan 50 Hz) memungkinkan untuk mengurangi ukuran dan beratnya berkali-kali dan menggunakan bahan feromagnetik dengan gaya koersif tinggi sebagai bahan inti (kawat magnet) sebagai pengganti setrika listrik.
Konverter DC-DC juga didasarkan pada modulasi lebar pulsa. Tanpa menggunakan sirkuit inverter, konversi dikaitkan dengan kesulitan besar.
Skema Catu Daya
Rangkaian konfigurasi konverter pulsa yang paling umum meliputi:
- filter kebisingan listrik;
- penyearah
- filter penghalus;
- konverter lebar pulsa;
- transistor kunci;
- transformator keluaran frekuensi tinggi;
- penyearah keluaran;
- filter keluaran individu dan grup.
Tujuan filter penekan interferensi adalah untuk menjebak interferensi dari pengoperasian perangkat ke dalam jaringan suplai. Pergantian elemen semikonduktor yang kuat dapat disertai dengan penciptaan pulsa jangka pendek dalam spektrum frekuensi yang luas. Oleh karena itu perlu di sini untuk menggunakan elemen yang dirancang khusus sebagai kapasitor pass-through dari tautan penyaringan.
Penyearah digunakan untuk mengubah tegangan input AC ke DC, dan filter pemulusan hilir menghilangkan riak pada tegangan yang diperbaiki.
Ketika konverter DC digunakan, penyearah dan filter tidak diperlukan, dan sinyal input, setelah melewati rangkaian filter kebisingan, diumpankan langsung ke konverter lebar pulsa (modulator), disingkat PWM.
PWM adalah bagian paling kompleks dari rangkaian catu daya switching. Tugasnya meliputi:
- Generasi pulsa frekuensi tinggi;
- kontrol parameter keluaran unit dan koreksi rangkaian pulsa sesuai dengan sinyal umpan balik;
- pemantauan dan perlindungan terhadap kelebihan beban.
Sinyal PWM diumpankan ke pin kontrol transistor kunci daya di sirkuit jembatan atau setengah jembatan. Kabel daya transistor dimuat ke dalam gulungan primer transformator keluaran frekuensi tinggi. Transistor bipolar tradisional diganti dengan transistor IGBT atau MOSFET, yang memiliki penurunan tegangan sambungan rendah dan kinerja kecepatan tinggi. Parameter transistor yang ditingkatkan membantu mengurangi disipasi daya sambil mempertahankan ukuran dan parameter desain teknis yang sama.
Trafo pulsa keluaran menggunakan prinsip konversi yang sama dengan trafo klasik. Pengecualian adalah operasi pada frekuensi yang meningkat. Akibatnya, transformator frekuensi tinggi dengan daya transmisi yang sama memiliki dimensi yang lebih kecil.
Tegangan dari belitan sekunder transformator daya (bisa ada beberapa) mengalir ke penyearah keluaran. Berbeda dengan penyearah input, dioda penyearah dari rangkaian sekunder harus memiliki frekuensi operasi yang lebih tinggi. Dioda Schottky bekerja paling baik di bagian sirkuit ini. Keuntungan mereka dibandingkan dioda konvensional adalah:
- frekuensi operasi tinggi;
- kapasitansi yang lebih rendah dari p-n junction;
- penurunan tegangan rendah.
Tujuan dari filter output catu daya mode switching adalah untuk mengurangi riak tegangan output yang diperbaiki ke minimum yang diperlukan. Karena frekuensi riak jauh lebih tinggi daripada tegangan saluran, tidak diperlukan kapasitansi dan induktansi yang tinggi dalam kumparan.
Lingkup penerapan catu daya mode aktif
Konverter tegangan pulsa digunakan dalam banyak kasus daripada transformator tradisional dengan stabilisator semikonduktor. Dengan kekuatan yang sama, inverter dicirikan oleh dimensi dan berat keseluruhan yang lebih kecil, keandalan yang tinggi, dan yang paling penting - efisiensi yang lebih tinggi dan kemampuan untuk bekerja dalam berbagai tegangan input. Dan dengan dimensi yang sebanding, daya maksimum inverter beberapa kali lebih tinggi.
Di bidang seperti konversi tegangan DC, sumber pulsa hampir tidak memiliki alternatif dan dapat bekerja tidak hanya untuk mengurangi tegangan, tetapi juga untuk menghasilkan tegangan yang lebih tinggi, mengatur pembalikan polaritas. Frekuensi konversi yang tinggi sangat memudahkan penyaringan dan stabilisasi parameter keluaran.
Inverter berukuran kecil pada sirkuit terintegrasi khusus digunakan sebagai pengisi daya untuk semua jenis gadget, dan keandalannya sedemikian rupa sehingga masa pakai unit pengisi daya dapat melebihi masa pakai perangkat seluler beberapa kali lipat.
Driver daya 12 volt untuk menyalakan sumber cahaya LED juga didasarkan pada rangkaian pulsa.
Cara membuat catu daya switching dengan tangan Anda sendiri
Inverter, terutama yang kuat, memiliki sirkuit yang kompleks dan tersedia untuk direplikasi hanya untuk amatir radio yang berpengalaman. Kami dapat merekomendasikan sirkuit berdaya rendah sederhana dengan chip pengontrol PWM khusus untuk merakit sendiri catu daya utama. IC semacam itu memiliki sejumlah kecil elemen perpipaan dan memiliki sirkuit switching khas yang teruji dengan baik, yang praktis tidak memerlukan penyesuaian dan penyetelan.
Saat bekerja dengan desain buatan sendiri atau memperbaiki perangkat industri, ingatlah bahwa bagian dari sirkuit akan selalu berada di bawah potensi jaringan, jadi tindakan pencegahan keselamatan harus diperhatikan.
Artikel terkait:
